基于Flexsim的自動化立體倉庫仿真設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于exsim的自動化立體倉庫仿真設(shè)計(jì)摘 要隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展和競爭的日益加劇，市場對企業(yè)物流系統(tǒng)提出了新的要求，自動化立體倉庫受到了越來大的關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用。其運(yùn)營效率的研究也成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。Flexsim軟件針對離散系統(tǒng)的建模和仿真，是自動化立體倉庫仿真規(guī)劃的理想選擇。物流仿真利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來模擬真實(shí)的物流系統(tǒng)，通過仿真活動和過程來驗(yàn)證物流項(xiàng)目建設(shè)的有效性，合理性和優(yōu)化的效果。本文以一個公司的自動化立體倉庫為例，根據(jù)自動化立體倉庫基本組成和工作過程，進(jìn)一步探究采用exsim軟件進(jìn)行建模仿真的一般方法。通過仿真自動化立體倉庫物流系統(tǒng)，對倉庫物流過程進(jìn)行整體分析。根據(jù)各部分不同的運(yùn)行特點(diǎn)，對仿真的整個流程進(jìn)行研究，找出其不合理的地方并對其進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果顯示優(yōu)化后倉庫作業(yè)效率得到提高。關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；Flexsim；建模；仿真Siationsignsedonexsimththedevelntoferinfortiontechnologyandtheincreasingtition,rkethasputnewdendsonenterpriselogisticssystemandtheispaideandeattentionanddelyused.researchofitsoperationalefficiencyhasalsobecomethefocusofenterprise.exsimsoftre,chisfordiscretesystemlingandsiation,isagoodchoiceforsiationplanning.Logisticssiationuseertechnologytosiatethereallogisticssystemthroughsiationactivitiesandprocessesandthenverifythattheconstructionofthelogisticsprojecteffectiveness,rationalityandoptizationoftheeffect.spapertakesanauttedrehouseofonenyasanexaetofurtherexplorethegeneralthodofusingtheexsimlingandsiation,basedonthebasicntsandkprocessesoftherehouselogisticsprocessisanalyzedasaethroughthesiationoflogistics.sedonthevariousoperatingcharacteristics,researchedonthesiationoftheoverallprocess,identifiedtheunreasonableplaceandthenoptizedit,theresultsshowthattheefficiencyofrehouseoperationsisiovedafteroptization.yds: exsiling; Siation目 錄1 前言 11.1 課題的來源及意義 11.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 21.3 課題研究的內(nèi)容 22 自動化立體倉庫概述 42.1 自動化立體倉庫的定義 42.2 自動化立體倉庫的組成 52.3 自動化立體倉庫的分類 62.4 自動化立體倉庫的特點(diǎn) 73 exsim仿真環(huán)境 83.1 軟件簡介 83.2 軟件窗口組成 83.2.1 菜單 93.2.2 實(shí)體庫 93.2.3 仿真控制欄 103.3 軟件的仿真步驟 104 自動化立體倉庫仿真模型和優(yōu)化的實(shí)現(xiàn) 124.1 基本規(guī)劃 124.1.1 實(shí)例要求 124.1.2 立體倉庫的基本參數(shù) 134.2 仿真實(shí)驗(yàn)的流程 144.3 立體倉庫布局 154.4 模型建立 154.4.1 設(shè)置布局 154.4.2 定義流程 164.4.3 設(shè)置參數(shù) 174.5 自動化立體倉庫仿真分析 224.5.1 仿真模型運(yùn)行及結(jié)果統(tǒng)計(jì) 224.5.2 仿真結(jié)果分析 254.6 自動化立體倉庫的優(yōu)化 255 總結(jié) 30參考文獻(xiàn) 32致謝 33河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1 前言1.1 課題的來源及意義隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，企業(yè)面臨前所未有的競爭壓力，儲存、運(yùn)輸所消耗的費(fèi)用在生產(chǎn)總成本中所占的比例越來越大。物料儲存和運(yùn)輸?shù)任锪鬟^程中存在著極大的潛力，作為“第三利潤源”所起的作用越來越大。自動化立體倉庫作為物流鏈上重要的環(huán)節(jié)之一，受到了前所未有的重視。它的發(fā)展正是順應(yīng)時代的要求，它是現(xiàn)代機(jī)械電子和物流行業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，由具有智能的物流設(shè)備和計(jì)算機(jī)控制和管理系統(tǒng)構(gòu)成。如何使自動化立體倉庫規(guī)劃和設(shè)計(jì)更加合理，如何實(shí)現(xiàn)倉庫的高效運(yùn)行，已經(jīng)成為物流等行業(yè)研究的課題。自動化立體倉庫有多方面的優(yōu)越性，面對日益上漲的地價，它能在有限的空間內(nèi)，提高倉庫的利用率；對存取節(jié)奏較快的貨物，能降低工人勞動強(qiáng)度，起到提升生產(chǎn)效率的作用；現(xiàn)代化的企業(yè)利用自動化立體倉庫，便于形成先進(jìn)的物流系統(tǒng)，對企業(yè)管理水平的提高有重大意義。系統(tǒng)仿真技術(shù)正是幫助自動化立體倉庫設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要途徑[1]徑

。在設(shè)計(jì)之前面對眾多的設(shè)計(jì)方案，利用Flexsim軟件進(jìn)行仿真，參照它提供的大量回饋信息，對方案的優(yōu)劣進(jìn)行分析論證，綜合各方案的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的修正，力求使設(shè)計(jì)的方案達(dá)到最佳的效果，避免資金、人力的浪費(fèi)和時間的消耗；對于已投入使用的自動化立體倉庫，在不對原系統(tǒng)進(jìn)行任何更改的情況下，利用仿真技術(shù)嘗試解決，結(jié)合其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，找出系統(tǒng)存在的問題，經(jīng)反復(fù)修改仿真模型提出最終的解決方案，以提高倉庫的利用率和倉庫內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行效率，使建成后的自動化立體倉庫能獲得良好的使1河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用效果。1.2 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀自動化立體倉庫也稱高架庫，通常采用幾層十幾層高的貨架儲存單元貨物。美國是最早應(yīng)用自動化立體倉庫的國家，最初出現(xiàn)的是采用橋式堆垛起重機(jī)式的立體倉庫。后來，由于技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于高架倉庫中并開始在美國和歐洲迅速發(fā)展。60年代中期，日本根據(jù)國內(nèi)需要，緊隨時代潮流開始興建立體倉庫。隨著等更先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的日趨成熟，立體倉庫得到了長足的發(fā)展，成為企業(yè)生產(chǎn)管理的重要組成部分，因而在日本得到了廣泛應(yīng)用，這也使其成為當(dāng)今世界上擁有立體倉庫數(shù)量最多的國家之一

。[2]。我國起步相對較晚，我國第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動化立體倉庫開始研制于1973年，直到七年后才投入運(yùn)營。在經(jīng)歷了發(fā)展緩慢的起步階段后，我們一方面引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，一方面進(jìn)行自主研發(fā)，積累了大量經(jīng)驗(yàn)。目前我國自動化立體倉庫進(jìn)入高速發(fā)展的階段，近幾年，根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，每年市場需求平均達(dá)90套左右，到2010年底市場保有量超過了1000套。由于立體倉庫具有高空間利用率，便于進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理等優(yōu)點(diǎn)，使其在機(jī)械、化工、電子、醫(yī)藥、冶金、煙草、配送中心等行業(yè)得到了快速應(yīng)用和發(fā)展。1.3 課題研究的內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：(1)了解了自動化立體倉庫的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，及本課題目的和意義。(2)熟悉了自動化立體倉庫的基本概況和特點(diǎn)。2河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）(3)以某立體倉庫為研究對象，利用exsim仿真軟件搭建倉庫模型，建立各設(shè)備之間的邏輯關(guān)系，利用它強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，查看設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)和效率。在建模仿真過程中，掌握了exsim仿真軟件的基本使用方法和運(yùn)用exsim建模的一般方法。(4)以仿真輸出的數(shù)據(jù)為依據(jù)，對結(jié)果進(jìn)行分析，針對配置不合理的地方，通過優(yōu)化資源配置，提出可行的優(yōu)化方案，與優(yōu)化之前的方案相比較，驗(yàn)證優(yōu)化之后方案的合理性，力求在一定程度上達(dá)到解決系統(tǒng)問題的目的。3河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2 自動化立體倉庫概述2.1 自動化立體倉庫的定義自動化立體倉庫（AS/RS-tedStorageandtrieval Syste，又稱自動存儲和檢索系統(tǒng)或自動化倉儲系統(tǒng)，是物流倉儲中出現(xiàn)的新概念。自動化立體倉庫技術(shù)是一種新型的倉儲技術(shù)，是物料搬運(yùn)和倉儲科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。利用立體倉庫技術(shù)和設(shè)備可使倉庫高層設(shè)計(jì)趨向合理，使用簡便等操作。其用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和管理，并使用自動控制的巷道堆垛機(jī)進(jìn)行存取操作，實(shí)現(xiàn)了存取自動化。同時它集管理、機(jī)械、電氣于一體，采用先進(jìn)的等計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，凸顯了立體倉庫較高的技術(shù)水平。4河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2.2 自動化立體倉庫的組成貨架、堆垛機(jī)、出/入庫輸送設(shè)備屬于自動化立體倉庫系統(tǒng)的主要組成部分。自動化立體倉庫除了庫房、貨架等硬件組成外，為了實(shí)現(xiàn)貨物的自動存儲和取出，還需要相應(yīng)的管理、控制以及執(zhí)行等系統(tǒng)。下面介紹下倉庫主要組成部分：(1)貨架一般為鋼鐵結(jié)構(gòu)構(gòu)成儲存商品的單元格。高層貨架倉庫的主要有貨架高密度，高度和長度較大，排列較多，巷道較窄等特點(diǎn)。因?yàn)樨浖苁且环N架式結(jié)構(gòu)物，它可以充分地利用倉庫空間，提高倉庫利用率，增加倉庫吞吐能力。存入貨架中的貨物，分類清楚，互不擠壓，是立體倉庫的最佳選擇。(2)堆垛機(jī)堆垛機(jī)是隨著立體倉庫的出現(xiàn)而發(fā)展起來的起重機(jī)，是立體倉庫中重要的運(yùn)輸設(shè)備。堆垛機(jī)采用手動、單機(jī)自動、聯(lián)機(jī)自動等控制方式。它主要在高層貨架的巷道內(nèi)來回行走，將入口貨物存入貨格，或者取出貨格內(nèi)的貨物運(yùn)送到出口。巷道式堆垛機(jī)由運(yùn)行部分、起升部分、裝有存取貨裝置的載貨臺、車身，和電氣設(shè)備五部分組成

。[3]。(3)出入庫輸送設(shè)備出入庫輸送設(shè)備主要將貨物輸送到出入庫指定位置和堆垛機(jī)上下料位置，可根據(jù)貨物的特點(diǎn)和倉庫結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的傳送帶輸送機(jī)、機(jī)動輥道、鏈傳動輸送機(jī)等設(shè)備。(4)電氣控制與計(jì)算機(jī)管理設(shè)備自動化立體倉庫還擁有完成以下諸如對貨物品名、貨號、數(shù)量等產(chǎn)品信5河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）息進(jìn)行識別的設(shè)備；對堆垛機(jī)等設(shè)備進(jìn)行位置控制、速度控制、以及方向控制的微處理器和可編程序控制器等設(shè)備；負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個部分的運(yùn)行監(jiān)控及調(diào)度的設(shè)備；完成整個倉庫的賬目管理和作業(yè)管理計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)；對各設(shè)備之間進(jìn)行大量信息交換的數(shù)據(jù)通信設(shè)備。2.3 自動化立體倉庫的分類自動化立體倉庫是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，由控制、通信等眾多子系統(tǒng)構(gòu)成。按不同方式可以分為多種形式。正是由于它分類的多樣性，易滿足各方面的需求，故深入而廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，下面為幾種常見的自動化立體倉庫類型：[4]類型：(1)整體式倉庫：即庫房與貨架形成一體化結(jié)構(gòu)。貨架除了具有存儲貨物的功能以外，還能作為建筑物的支撐結(jié)構(gòu)，是建筑物一個組成部分。(2)分離式倉庫：即儲存貨物的貨架單獨(dú)存在。根據(jù)已有建筑物可改造為自動化立體倉庫，也可以將貨架拆除，而僅保留建筑物以做它用。(3)單元貨架式倉庫：是最常見的一種結(jié)構(gòu)，貨物一般先放在托盤內(nèi)，再由堆垛機(jī)等運(yùn)輸工具裝入倉庫貨架的貨位中。(4)移動貨架式倉庫：電動貨架是其主要組成部分。貨架可以在鋪設(shè)的軌道上行走，控制裝置根據(jù)需要控制貨架的聚合和分離。工作時貨架分離，在巷道中進(jìn)行作業(yè)。作業(yè)完后可將貨架合攏，減少作業(yè)巷道，達(dá)到節(jié)省倉庫面積和提高空間的利用率的目的。自動化立體倉庫的分類多種多樣，除此之外還有揀選貨架式，水平循環(huán)式等不同類型的自動化立體倉庫。6河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2.4 自動化立體倉庫的特點(diǎn)自動化立體倉庫的出現(xiàn)，使人們對倉儲的觀念發(fā)生了根本的改變。人工搬運(yùn)、碼放的傳統(tǒng)倉儲作業(yè)模式已經(jīng)不能適應(yīng)競爭日益激烈的市場需求。新型的機(jī)械化和自動化的倉儲系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這種新型的倉儲作業(yè)具有傳統(tǒng)倉儲作業(yè)所不具有的優(yōu)勢，成為企業(yè)發(fā)展中關(guān)鍵因素。自動化立體倉庫之所以獲得了迅速的發(fā)展，主要具有以下一系列特點(diǎn)：貨物存放集中化、立體化、提高空間利用率，同時與搬運(yùn)設(shè)備(小車、傳送帶)連接,貨物出入庫快速、準(zhǔn)確；倉庫作業(yè)的機(jī)械電子化和自動化確保了能夠自動存取物資，降低了工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)約勞力成本，提高了操作效率和準(zhǔn)確度

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；工件損傷和貨物丟失得到了極大改善，還可以適應(yīng)特殊環(huán)境下的低溫作業(yè)，劇毒、和腐蝕性等物資的儲存；提高倉庫的安全可靠性，便于進(jìn)行合理儲存和科學(xué)的養(yǎng)護(hù)，提高保管質(zhì)量，確保倉庫安全；計(jì)算機(jī)控制，提高倉庫管理水平，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備對物資庫存賬目，物料存放位置等進(jìn)行準(zhǔn)確詳細(xì)記錄。7河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3 exsim仿真環(huán)境3.1 軟件簡介exsim是一款基于視窗，面向?qū)ο蟮姆抡孳浖?。它集仿真、人工智能、?shù)據(jù)處理等技術(shù)為一體，可以用C++直接定義模型，擁有強(qiáng)大的3D動畫、實(shí)時數(shù)據(jù)處理能力，同時提供了與其它軟件的接口，能方便的讀取和輸出el中的數(shù)據(jù)

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。另外它的部件是向用戶開放的，運(yùn)用exsim系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行建模時，只要從部件庫拖拽相應(yīng)實(shí)體到建模窗口，操作方便，并且可移植性較好。在進(jìn)行復(fù)雜的仿真設(shè)計(jì)時，團(tuán)隊(duì)的每個成員可以承擔(dān)其中某個模塊，做好的模塊可以添加到用戶庫，方便其他人員調(diào)用，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度。3.2 軟件窗口組成軟件主窗口由以下五部分組成：菜單、工具欄、實(shí)體庫、模型視圖和仿真控制欄。其中打開軟件后顯示的界面如圖3-1所示。圖3-1 軟件操作窗口界面8河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3.2.1 菜單主要有文件、編輯、視圖、創(chuàng)建、執(zhí)行、統(tǒng)計(jì)和幫助等組成。文件：用來打開、新建模型，將建好的模型進(jìn)行保存等設(shè)置。編輯：進(jìn)行撤銷和恢復(fù)，其它較少用到。視圖：可以進(jìn)行一些視圖的設(shè)置，如平面和3D視圖的切換等功能。創(chuàng)建：Flexsim腳本代碼簡單且編寫完成后，立即生效。而編譯，但運(yùn)行速度快。根據(jù)需要設(shè)置轉(zhuǎn)換到C++，以獲取高速運(yùn)行。執(zhí)行：內(nèi)有運(yùn)行，重置等功能，功能和仿真控制欄類似。統(tǒng)計(jì)：模型運(yùn)行后，在此可生成報告與統(tǒng)計(jì)。幫助：初學(xué)者或遇到問題時可以打開幫助下的用戶手冊。3.2.2 實(shí)體庫exsim仿真軟件擁有豐富的實(shí)體庫，實(shí)體類別足以滿足用戶的需求，用戶還可以自定實(shí)體并添加到用戶庫，方便以后調(diào)用

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。實(shí)體分為固定類實(shí)體和臨時類實(shí)體。臨時實(shí)體是模型中臨時產(chǎn)生的對象，隨時間的運(yùn)行會消失，固定實(shí)體則一直存在。固定實(shí)體又分為離散和連續(xù)實(shí)體，分別對應(yīng)仿真離散和連續(xù)屬性的事件。離散型又分為資源類、執(zhí)行類、網(wǎng)絡(luò)類和圖示類四種。在實(shí)體庫中按從上到下的順序從發(fā)生器到儲液罐之間的實(shí)體為資源類實(shí)體，為離散仿真模型的主干對象；任務(wù)分配器和堆垛機(jī)之間的實(shí)體為執(zhí)行類實(shí)體，接受資源類實(shí)體指派任務(wù)，進(jìn)行貨物搬運(yùn)等生產(chǎn)操作；網(wǎng)絡(luò)類包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和交通控制器，用來設(shè)定小車等運(yùn)輸工具的行走路線；圖示類有可視化工具和記錄器，用來實(shí)時顯示指定實(shí)體的輸出數(shù)據(jù)和信息。9河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3.2.3 仿真控制欄仿真控制欄位于主窗口的頂部，此面板用來控制模型的運(yùn)行，如圖3-2所示。圖3-2 仿真控制面板(1)重置：類似于復(fù)位的功能，模型仿真一段時間后，點(diǎn)擊它可實(shí)現(xiàn)將所有實(shí)體運(yùn)行的數(shù)據(jù)清零，在對實(shí)體進(jìn)行的參數(shù)設(shè)置時點(diǎn)擊重置進(jìn)行設(shè)置數(shù)據(jù)的裝載，以重新運(yùn)行模型，實(shí)現(xiàn)多次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的功能。運(yùn)行：用來啟動模型運(yùn)行，直到設(shè)定時間到達(dá)或按下停止按鈕。停止：停止模型運(yùn)行，同時更新模型中所有實(shí)體的數(shù)據(jù)。如模型不被重置，點(diǎn)擊運(yùn)行則接著停止的時刻繼續(xù)運(yùn)行。步進(jìn)：將模型仿真鐘設(shè)定到下一個事件要發(fā)生的時刻，然后這個事件發(fā)生，此功能可以以事件為單位對模型操作。(2)仿真控制欄顯示了模型的實(shí)時運(yùn)行時間，用戶還可以根據(jù)自己需要設(shè)定模型停止時間，時間到了模型準(zhǔn)時停止運(yùn)行；用戶可以根據(jù)需要拖動速度滑動條進(jìn)行設(shè)置仿真速度。3.3 軟件的仿真步驟：運(yùn)用exsim軟件進(jìn)行仿真建模通常有以下步驟：

[8](1)抽象出仿真模型：明確影響立體倉庫作業(yè)的主要因素。如果所找出的因素不足以影響該模型對實(shí)際系統(tǒng)的仿真，則刪除該因素值。再通過簡化后的業(yè)務(wù)模型與exsim所含控件進(jìn)行比較，確定所刪除的參數(shù)是否影響仿真10河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）模型的實(shí)際運(yùn)行。重復(fù)該簡化過程，直到所有因素值被確定。(2)設(shè)置布局：運(yùn)用exsim軟件直接導(dǎo)入需要生成的三維模型，通過實(shí)體庫提供的各實(shí)體來匹配現(xiàn)實(shí)中的設(shè)備，進(jìn)行模型的布局。(3)仿真的數(shù)據(jù)建模：仿真的數(shù)據(jù)建模是整個仿真模型的數(shù)據(jù)驅(qū)動。對仿真對象的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分析采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)分析的數(shù)據(jù)，得出近似的數(shù)據(jù)分布函數(shù)。數(shù)據(jù)建模一般分為以下步驟：第一，將實(shí)際生產(chǎn)操作中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入rtt中，得到各種數(shù)據(jù)的均值、最值；其次，比較概率分布函數(shù)找到最貼合的函數(shù)，選擇最佳的概率分布函數(shù)；最后，確定其分布函數(shù)的具體參數(shù)。(4)連接端口并設(shè)置參數(shù)：依據(jù)之前簡化后的業(yè)務(wù)模型和布局，通過A或S連接建立exsim各實(shí)體間的關(guān)系；依據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)和擬合的概率分布函數(shù)對各實(shí)體涉及的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。(5)編寫仿真程序：通過編寫程序可以很方便的將實(shí)際業(yè)務(wù)的需求和設(shè)計(jì)者的不同想法或策略應(yīng)用到仿真模型中，同時仿真程序提高了exsim實(shí)體間的關(guān)聯(lián)度和二次開發(fā)能力。(6)運(yùn)行模型和生成報告:模型的運(yùn)行可以使用戶很直觀的透過3D動畫查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，或者生成運(yùn)作統(tǒng)計(jì)報告，并對影響系統(tǒng)運(yùn)行效率的因素進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施，達(dá)到優(yōu)化的目的。11河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）4 自動化立體倉庫仿真模型和優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)4.1基本規(guī)劃4.1.1 實(shí)例要求某公司下轄的物流子公司由于業(yè)務(wù)的發(fā)展，現(xiàn)需要規(guī)劃建設(shè)一個新的立體倉庫以滿足生產(chǎn)要求。該倉庫可以實(shí)現(xiàn)貨物的簡單處理，處理后的貨物及時上貨架，隨訂單及時出庫等操作?？紤]到本公司的以往生產(chǎn)銷售及交通情況，使倉庫更符合公司需求做如下要求：倉庫補(bǔ)貨在白天進(jìn)行，入庫產(chǎn)品中12河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）40%在白天發(fā)往外地，剩下60%在夜晚發(fā)送。該倉庫要對三種不同的貨物進(jìn)行入庫，每種貨物分別有自己獨(dú)有的貨架，貨物運(yùn)送到倉庫后, 首先要進(jìn)行卸貨，之后由人搬運(yùn)到處理器進(jìn)行簡單的加工如進(jìn)行包裝或貼條形碼等簡單操作，40%進(jìn)行處理后直接由堆垛機(jī)送往出庫暫存區(qū)，不進(jìn)行入貨架操作，直接由訂單提走發(fā)往外地銷售。余下的經(jīng)處理器處理后，由堆垛機(jī)搬運(yùn)至貨架，等待夜晚發(fā)送。其中垛機(jī)對貨物的入貨架還是送往出口的處理方式為隨機(jī)。4.1.2 立體倉庫的基本參數(shù)根據(jù)每天的實(shí)際處理能力設(shè)計(jì)該倉庫的貨位數(shù)量，并充分考慮到滯銷等因素，適當(dāng)增大倉庫的容量，當(dāng)滯銷時能滿足滯銷貨物及時入庫，同時通知生產(chǎn)部門減少日產(chǎn)量，使企業(yè)盡量規(guī)避不可知因素帶來的影響。初步規(guī)劃自動化立體倉庫的主要參數(shù)如下：選取堆垛機(jī)的水平最大速度，傳送帶、分揀傳送帶速度為，處理器的處理時間為10s，貨架有3排，每個10列10層,貨位數(shù)量除滿足正常需求外，要有富余，以備滯銷之需。初始設(shè)計(jì)時, 模型的各個主要組成設(shè)備及數(shù)量如表4-1表所示。表4-1 初始模型各設(shè)備構(gòu)成表設(shè)備實(shí)體定義實(shí)體功能實(shí)體數(shù)量分揀傳送帶ltConveyor分揀貨物1個處理器ocessor加工貨物2個貨架ck存放貨物3個巷道堆垛機(jī)hicle運(yùn)輸貨物2個13運(yùn)行模型是否正常是仿真結(jié)果輸出河北大學(xué)工商學(xué)院運(yùn)行模型是否正常是仿真結(jié)果輸出暫存裝置ue堆放貨物2個傳送帶Conveyor傳送貨物3個4.2 仿真實(shí)驗(yàn)的流程開始根根據(jù)規(guī)劃初步確定自動化立體倉庫的方案平平面布局設(shè)置否否建立出入庫作業(yè)的Flexsim3D模型修改模型提提出優(yōu)化方案否分析是否合理是結(jié)束圖4-1 仿真實(shí)驗(yàn)流程圖14河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）4.3 立體倉庫布局根據(jù)自動化立體倉庫的一般需求，設(shè)計(jì)該模型由入庫，貨物存儲，出庫三部分組成?；谠囉冒孳浖趯?shí)體數(shù)量上最多只能用20個實(shí)體及部分功能的限制，入庫、貨物存儲、出庫三部分設(shè)計(jì)的相對比較簡單。其中入庫區(qū)由發(fā)生器、入庫暫存區(qū)表示；貨物存儲區(qū)由處理器、傳送帶、貨架、堆垛機(jī)等表示；出庫區(qū)由出庫暫存區(qū)、吸收器表示。初步構(gòu)建仿真模型,如圖4-2所示。圖4-2 初始模型布局圖4.4模型建立4.4.1設(shè)置布局exsim采用對象對實(shí)際過程中的各元素建模，利用先進(jìn)的模型構(gòu)造技術(shù)，將對象封裝為功能強(qiáng)大，操作極其方便的可視化控件，極大方便了用戶進(jìn)行創(chuàng)建和配置實(shí)體

[9]

。根據(jù)建模前規(guī)劃設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)模型，將對象從“實(shí)體15河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）庫”中拖曳到仿真視圖窗口中的適當(dāng)位置。圖4-3為拖拽暫存區(qū)示意圖，按此方法對其它實(shí)體進(jìn)行拖拽操作，完成布局。圖4-3 將暫存區(qū)從實(shí)體庫拖到視圖窗口4.4.2 定義流程每個exsim的實(shí)體都可有多個端口，并且端口數(shù)沒有數(shù)量限制，實(shí)體通過端口與其它實(shí)體進(jìn)行通信，端口有3種類型：輸入、輸出和中間端口，在設(shè)定臨時實(shí)體在模型中的流動路線時，如果要設(shè)置輸入和輸出端口的流向，則用A連接；而中間端口通常是用來建立固定實(shí)體與可移動實(shí)體之間的相關(guān)關(guān)系，常用S連接

[10]

。固定實(shí)體如處理器、暫存區(qū)、輸送機(jī)，可移動實(shí)體如操作員、叉車、起重機(jī)等。根據(jù)對象之間的邏輯關(guān)系，采用A或S連接構(gòu)建仿真模型的邏輯流程，完成對象間各端口的通信設(shè)置。16河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖4-4 定義模型流程圖4.4.3 設(shè)置參數(shù)根據(jù)每個對象所要描述的物理系統(tǒng)特征，設(shè)定對象的參數(shù)。將布局后的各個實(shí)體的端口連接后，對各實(shí)體進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在視圖窗口中，雙擊所要設(shè)定的實(shí)體，打開對模型實(shí)體進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的屬性窗口，同時進(jìn)行邏輯設(shè)置。(1)設(shè)置分揀傳送帶參數(shù)。鼠標(biāo)左鍵雙擊分揀傳送帶圖標(biāo)，打開傳送帶屬性對話框，點(diǎn)擊傳送帶選項(xiàng)卡，設(shè)置速度值為1，參數(shù)設(shè)置如圖4-5所示。17河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖4-5 分揀傳送帶屬性框圖打開分揀傳送帶的臨時實(shí)體流選項(xiàng)卡，在發(fā)送至端口設(shè)置發(fā)送條件的邏輯為按臨時實(shí)體類型發(fā)送。這樣能保證根據(jù)貨物的類型使貨物流向下游指定傳送帶所對應(yīng)的輸入端口，實(shí)現(xiàn)分揀傳送的目的，具體設(shè)置如圖4-6。18河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖4-6 設(shè)置分揀傳送帶發(fā)送端口框圖(2)設(shè)置傳送帶參數(shù)。鼠標(biāo)左鍵雙擊傳送帶，打開傳送帶選項(xiàng)卡，設(shè)置速度值為1，過程和分揀傳送帶類似，打開臨時實(shí)體流選項(xiàng)卡，發(fā)送邏輯設(shè)為按百分比，60%送往貨架，40%送往出庫暫存區(qū)，同時指定使用運(yùn)輸工具，其他兩個傳送帶的參數(shù)設(shè)置同上，傳送帶輸出端口發(fā)送貨物邏輯代碼如圖4-7。圖4-7 設(shè)置傳送帶輸出端口框圖(3)設(shè)置處理器參數(shù)。在視圖窗口中找到要設(shè)置的處理器，雙擊處理器圖標(biāo)，彈出該實(shí)體的屬性設(shè)置界面。在處理器選項(xiàng)卡中設(shè)置加工時間為10s據(jù)貨物離開處理器后改變顏色，點(diǎn)擊處理器屬性中的觸發(fā)器選項(xiàng)卡，設(shè)置為離開觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)貨物的類型，在其離開處理器時改變顏色，設(shè)置處理器的離開觸發(fā)邏輯代碼如圖4-8。19河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖4-8 設(shè)置處理器離開觸發(fā)框圖(4)設(shè)置暫存區(qū)參數(shù)。暫存區(qū)存放有三種產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)操作人員1搬運(yùn)產(chǎn)品類型1，送往處理器1；操作人員2搬運(yùn)產(chǎn)品類型2，送往處理器2；兩個操作員中，當(dāng)某個處于空閑時搬運(yùn)類型3，送往空閑的處理器。在暫存區(qū)下的發(fā)送至端口設(shè)置發(fā)送邏輯，指定相應(yīng)類型的貨物流向指定的處理器，具體設(shè)置如圖4-9所示。20河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖4-9 設(shè)置暫存區(qū)發(fā)送端口框圖在暫存區(qū)的臨時實(shí)體流選項(xiàng)卡下設(shè)置使用運(yùn)輸工具，則運(yùn)輸工具接受暫存區(qū)指派任務(wù)，進(jìn)行搬運(yùn)貨物等操作。設(shè)置邏輯為根據(jù)臨時實(shí)體類型執(zhí)行相應(yīng)的操作，設(shè)置邏輯代碼如圖4-10所示。圖4-10 設(shè)置暫存區(qū)使用運(yùn)輸工具框圖21河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）(5)根據(jù)以上的方法設(shè)置貨物的到達(dá)時間間隔服從unifor15.0, 20.0,0.0)，操作員的最大速度為,貨架10層，10列，設(shè)置為隨機(jī)放置到可用層，可用列。4.5自動化立體倉庫仿真分析4.5.1 仿真模型運(yùn)行及結(jié)果統(tǒng)計(jì)因?yàn)榘滋斐鋈霂毂容^頻繁，對設(shè)備的運(yùn)行壓力最大，而夜晚所面臨的處理任務(wù)相對較小，故考慮對白天的出入庫情況進(jìn)行仿真。建立完模型并設(shè)置好參數(shù)后，點(diǎn)擊“重置”按鈕，再點(diǎn)擊“運(yùn)行”就可以運(yùn)行模型。仿真模擬自動化立體倉庫一天8小時的工作情況。因?yàn)閑xsim是實(shí)時的仿真軟件，在仿真過程及結(jié)束的任意時刻，點(diǎn)擊實(shí)體屬性中的“統(tǒng)計(jì)”選項(xiàng)卡，可以查看對任意實(shí)體的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)有餅狀圖，圖表等行式，如圖4-11所示為狀態(tài)餅圖。圖4-11 處理器5的狀態(tài)餅圖22河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）新款軟件新增了其具有操作簡單，更強(qiáng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析的優(yōu)點(diǎn)。用戶可以以多種數(shù)據(jù)的形式如表格、餅圖，柱狀圖等同時查看多個實(shí)體的運(yùn)行情況。在模型的各實(shí)體中，以堆垛機(jī)，傳送帶為代表，利用功能，統(tǒng)計(jì)其在運(yùn)行過程中的各種狀態(tài)、所占比例。如圖4-12所示，其中第一欄為2個堆垛機(jī)的狀態(tài)餅圖統(tǒng)計(jì)情況，第二欄所示為3個傳送帶的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況，用戶還可根據(jù)需要，添加更多的實(shí)體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。圖4-12 除實(shí)時統(tǒng)計(jì)外，F(xiàn)lexsim還建立了與el表格的接口，在仿真結(jié)束后，通過統(tǒng)計(jì)菜單下的狀態(tài)報告輸出el 狀態(tài)報表，模型的狀態(tài)報告直觀地反映了模型中各實(shí)體的各種狀態(tài)，為改進(jìn)和優(yōu)化提供了依據(jù)。利用模型提供的仿真實(shí)驗(yàn)控制欄，設(shè)置仿真為終止型仿真，仿真時間8小時，該統(tǒng)計(jì)報告以23河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）el表格的形式導(dǎo)出。仿真后結(jié)束后，在軟件菜單欄中選擇“統(tǒng)計(jì)”，在下拉菜單中單擊“報告與統(tǒng)計(jì)”，在彈出的對話框中選擇狀態(tài)統(tǒng)計(jì)類型。用戶可在報告中選擇要填加的變量，如圖4-13所示。圖4-13 選擇報告與統(tǒng)計(jì)中的變量點(diǎn)擊“生成報告”，生成系統(tǒng)狀態(tài)報告，經(jīng)多次仿真并綜合后得到如表4-2所示。表4-2 系統(tǒng)狀態(tài)報表24河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）4.5.2 仿真結(jié)果分析根據(jù)以上表4-2統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，找出系統(tǒng)規(guī)劃時的問題所在，分析結(jié)果如下：(1)兩個處理器和兩個操作員的空閑時間時間太長，利用率低下，存在設(shè)備閑置的狀況，并且增加了企業(yè)的資本投入，優(yōu)化時可以考慮給予精簡。(2)雖然堆垛機(jī)的利用率比較高，得到了充分的應(yīng)用，但幾乎滿載運(yùn)行，對堆垛機(jī)提出了很高的要求，在優(yōu)化時可以修改堆垛機(jī)的參數(shù)，避免滿負(fù)荷運(yùn)行。(3)三個傳送帶發(fā)生了不同程度堵塞現(xiàn)象，這表明下游的堆垛機(jī)不能及時的處理傳送帶上的貨物，考慮到堆垛機(jī)使用率比較高，故考慮增設(shè)暫存區(qū)，能對貨物的處理起到緩沖的作用，使貨物及時離開傳送帶。4.6 自動化立體倉庫的優(yōu)化一般認(rèn)為設(shè)備的利用率保持在85%之間是最好的，此時設(shè)備即得到25河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）充分的利用又不至于滿負(fù)荷運(yùn)行；同時期望阻塞率為0%，因?yàn)檫@表明上下游不存在瓶頸問題，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)運(yùn)行流暢。故為了使系統(tǒng)達(dá)到上述效果，需要進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化操作。優(yōu)化的依據(jù)是仿真模型運(yùn)行后生成的狀態(tài)報表，依據(jù)生成表4-2的數(shù)據(jù)，了解到系統(tǒng)部分實(shí)體存在諸如利用率不高，堵塞等問題。針對兩個處理器和操作員的空閑時間過長，利用率低的問題，提出各減少一個的方案；設(shè)置堆垛機(jī)的水平最大速度為，避免滿載運(yùn)行；貨物到達(dá)傳送帶的末端時，堆垛機(jī)不能及時將貨物送走，產(chǎn)生貨物在傳送帶扎堆的問題，增設(shè)暫存區(qū)，緩沖上下游處理的壓力。模型優(yōu)化布局如圖4-14。圖4-14 模型改進(jìn)布局圖多次運(yùn)行修改后的模型，形成全局狀態(tài)表，經(jīng)分析綜合后形成表4-3。表4-3 優(yōu)化后系統(tǒng)狀態(tài)報表26河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）自動化立體倉庫模型修改前后主要設(shè)備利用率的對比情況如下：根據(jù)初始設(shè)計(jì)時和修改模型后得出的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)表，抽取出相關(guān)主要設(shè)備的利用率形成表4-4和表4-5。仿真模型試運(yùn)行主要設(shè)備的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4-4所示。表4-4 主要設(shè)備試運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表設(shè)備運(yùn)行狀況處理器5利用率29.34%處理器338利用率27.80%堆垛機(jī)9利用率91.01%堆垛機(jī)10利用率88.26%傳送帶12阻塞率20.92%傳送帶13阻塞率10.07%傳送帶14阻塞率14.06%27河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）操作員339利用率15.31%操作員340利用率15.66%根據(jù)模型存在的問題，改進(jìn)和生成報告，抽取出主要設(shè)備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表4-5所示。表4-5 主要設(shè)備優(yōu)化后運(yùn)行統(tǒng)計(jì)表設(shè)備運(yùn)行狀況處理器5利用率57.23%堆垛機(jī)9利用率77.43%堆垛機(jī)10利用率80.31%傳送帶12阻塞率0.00%傳送帶13阻塞率0.00%傳送帶14阻塞率0.00%操作員340利用率21.65%為使數(shù)據(jù)看起來更直觀，對比更明顯，綜合表4-4和表4-5，生成下表4-6。設(shè)備運(yùn)行狀況（前）運(yùn)行狀況（后）處理器5利用率29.34%利用率57.23%堆垛機(jī)9利用率91.01%利用率77.43%28河北大學(xué)工商學(xué)院2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）堆垛機(jī)10利用率88.26%利用率80.31%傳送帶12阻塞率20.92%阻塞率0.00%